JP2005049601A - 擬似体験システム - Google Patents

Abstract

【課題】被験者の身体に物理的な負荷をかけることなく、どのようなユーザでも簡単容易に生活環境の変化を体験することができる擬似体験システムを提供する。
【解決手段】被験者２０に、手足の動き等を検出することができるセンサを取り付けて、実生活環境の場合は、その設定された場所を行動してもらう。あらかじめ行動可能領域設定部３により設定された領域から外へでると報知手段１６が披験者２０の感覚に対して刺激を与える。また、仮想空間内で体験する場合には、生活ばしょうＤＢ６、生活用具ＤＢ７、人体モデルＤＢ１１からデータを選択して読み出し、仮想空間内に生活環境を構築して人体モデルを配置し、被験者の動きに合わせて人体モデルを動かす。上記同様、被験者の動きが行動可能領域設定部３により設定された領域から外へでると報知手段１６が被験者の感覚に対して刺激を与える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、老化時や障害発生時の生活を疑似体験することができる擬似体験システムに関する。

人間は老化により身体的機能が低下していき、腕や脚が上がりにくくなったりして行動が不自由になっていく。また、身体的障害が発生した場合にも、腕や脚が麻痺したりして身体的機能が低下する。特に高齢になる程、身体的障害も発生しやすく、日常生活も満足に行えない事態も起こりえる。

ところで、健常者が上記高齢者や身体的障害者の立場を理解するために、高齢者や身体的障害者人体の体の動きを擬似体験できる装置やシステムが提案されている。

例えば、種々の身体的障害を同時体験を容易にする体験スーツとして、一繋がりのスーツにポケットを設け、ポケットに重りや棒を入れることで、腕や脚を曲げにくくし、関節を曲げにくくしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、仮想空間内に体験空間を再現し、被験者の動きを仮想空間内の人体モデルに反映させ、被験者に動作制限部を設けたスーツを着せて、関節の動きを制限するようにしている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−２０９０９号公報 特開平１０−３４００３９号公報

しかし、上記従来の技術では、被験者が高齢者や身体的障害者の動きを擬似体験できるものの、被験者の動きを制限する手段がいずれも被験者の肉体に物理的な力を加えて身体の動きを制限するものであるため、被験者に対する負荷が大きく、苦痛となることもある。

また、スーツに取り付けられた運動規制具を用いているために、被験者毎にフィットするスーツや規制具を作る必要があることや、装着の手間がかかる、装着後被験者が非常に行動しにくい等、ユーザが簡単に体験することができない。

そのため、例えば、住宅施設や生活用具のショールーム等で老化時や身体障害発生時の生活を簡単に体験することは困難であった。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、被験者の身体に物理的な負荷をかけることなく、どのようなユーザでも簡単容易に生活環境の変化を体験することができる擬似体験システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、任意に設定された実生活空間のスケールを仮想空間内に再現する生活環境再現手段と、前記実生活空間内での被験者の動きを計測する行動検出手段と、前記実生活空間内で被験者の行動可能な領域を前記仮想空間内で任意に設定することができる行動可能領域設定手段と、前記行動可能領域設定手段で設定された行動可能領域を被験者が越えて行動したときに、被験者の感覚に刺激を与える報知手段とを備えたことを特徴とする擬似体験システムである。

また、請求項２記載の発明は、任意の生活環境を仮想空間内に再現する生活環境再現手段と、被験者の身体的特徴に基づいて仮想人体モデルを生成する仮想人体モデル生成手段と、被験者の動きを検出する行動検出手段と、前記検出された被験者の動きを前記仮想人体モデルに反映させる制御手段と、被験者の行動可能な領域を前記仮想空間内で任意に設定することができる行動可能領域設定手段と、前記行動可能領域設定手段で設定された行動可能領域を前記仮想人体モデルが越えて行動したときに、被験者の感覚に刺激を与える報知手段とを備えたことを特徴とする擬似体験システムである。

また、請求項３記載の発明は、前記行動可能領域設定手段が、前記生活環境再現手段によって再現された仮想空間内に配置された生活用具のスケールに基づいて行動可能領域を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の擬似体験システムである。

また、請求項４記載の発明は、年齢毎に人間の身体的能力の平均値が蓄積された記憶手段を備え、前記行動可能領域設定手段が、被験者の身長、被験者が体験したい体験年齢での平均身長、前記記憶手段から読み出された体験年齢に対応する身体的能力データに基づいて体験年齢での身体的能力を算出し、算出された身体的能力データから行動可能領域を設定することを特徴とする請求項１〜請求項３記載の擬似体験システムである。

また，請求項５記載の発明は、年齢毎に人間の身体的能力の平均値が蓄積された記憶手段を備え、前記行動可能領域設定手段が、前記記憶手段から読み出された被験者の年齢に対応する身体的能力データ、被験者が現在有する身体的能力データ、被験者が体験したい体験年齢に対応して前記記憶手段から読み出された身体的能力データに基づいて体験年齢での身体的能力を算出し、算出された身体的能力データから行動可能領域を設定することを特徴とする請求項１〜請求項３記載の擬似体験システムである。

また、請求項６記載の発明は、前記行動可能領域設定手段が、前記仮想人体モデルにおいて体の特定部位に障害が発生したと仮定して当該部位が静止状態となる範囲を行動可能領域に設定することを特徴とする請求項１〜請求項５記載の擬似体験システムである。

また、請求項７記載の発明は、被験者の行動が前記行動可能領域設定手段で設定された行動可能領域を越えた範囲に比例させて前記報知手段から感覚への刺激量を変化させる刺激量制御手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項６記載の擬似体験システムである。

また、請求項８記載の発明は、前記報知手段の感覚への刺激は、視覚、聴覚、嗅覚、触覚及び皮膚感覚の少なくとも一つに対する刺激であることを特徴とする請求項１〜請求項７記載の擬似体験システムである。

また、請求項９記載の発明は、前記生活環境、体験年齢、障害が発生した体の部位、報知手段の刺激の種類を被験者が任意に選択できる体験項目選択手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項８記載の擬似体験システムである。

本発明によれば、被験者の身体に物理的な負荷をかけることがなく、被験者に自発的に動作の抑制を促すようにしているため、どのようなユーザでも簡単容易に老化時や身体障害発生時の生活に限らず生活環境の変化を体験することができる。また、スーツや運動規制具を着用しているわけではないので、動きやすく、体験時に被験者が転倒した場合や、障害物と接触しそうな場合に、通常の行動で危険を回避できる。さらに、一流選手の動作を体験したり、消防等の行動を教示したりすることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明が適用されるシステム全体を示す構成図である。

図１に示すように、本システムは基本的にコンピュータシステムを用いたものである。データ入力部１は、キボード、マウス、スキャナー等の良く知られた装置から構成されており、文字や数値、画像等を入力したり、表示部１４に表示されたメニューから所望のものを選択したりするのに用いられる。

行動検出部２は疑似体験を行いたい被験者２０の動きを検出するものであり、被験者２０の動きを検出するために、例えば図６のように、被験者２０の体の関節部に位置センサ４０が取り付けられている。

位置センサ４０は、例えば磁気センサを用いることができる。この磁気センサは、例えば３次元のＸ、Ｙ、Ｚの３方向に巻かれたコイルのようなものであり、磁束の変化により各方向に巻かれたコイルには電流が生じるようになっている。被験者がいる３次元空間内に磁場発生装置（３次元の各方向に巻かれたコイル）を設け、この磁場発生装置から例えば３次元空間のＸ方向に磁場を発生させると、その磁場により磁束の変化が生じるために、位置センサ４０にはＸ、Ｙ、Ｚの各方向に電流が生じる。次に磁場発生装置からＹ、Ｚ方向にも順次磁場を発生させ、これらの発生磁場によって位置センサ４０に発生する電流データを検出して解析すれば、磁場発生装置と位置センサとの距離と、位置センサの傾きが算出できるので、被験者の動きを検出することができる。

また、位置センサ４０は、特殊なマーカーであっても良く、カメラで被験者２０を複数の方向から撮影したデータを画像処理することにより、被験者の手足の位置を検出するようにしても良い。

さらに、後述するように被験者２０の移動速度や移動量を行動検出部２で検出あるいは算出して、中央制御部１０へ送るようになっている。

生活環境再現部８は、仮想空間内に生活環境を再現するものであり、生活場所ＤＢ（データベース）６、生活用具ＤＢ（データベース）７から電子データを読み込んで例えばパソコン上に表示する。生活場所ＤＢ６には、キッチンや浴室、トイレ、寝室等の生活場所の間取り等のレイアウトデータが蓄積されている。生活用具ＤＢ７には、キッチンで使用する流し台や、浴室で使用する浴槽、寝室で使用するベッド等、その他各部屋で日常使用される生活用具のデータ（位置やサイズ等）が蓄積されている。

また、必要であれば、ユーザ固有の生活環境データ（ユーザの家の間取りや、ユーザが所持する生活用具）を製作して、あらかじめ生活場所ＤＢ６、生活用具ＤＢ７に記憶させておくことで、ユーザの日常の生活環境を再現することができる。

人体モデル生成部１２は、被験者２０の身体的特徴（身長、体重、腕の長さ等）をデータ入力部１に入力し、そのデータを基にして被験者の体格を再現する人体モデルを仮想空間内に構築したり、人体モデルＤＢ（データベース）１１に保存されている幾つかの人体モデルから被験者の体格に近いモデルを選択することで人体モデルを仮想空間内に生成したりする。上記人体モデルＤＢ１１には図９に示すようにあらかじめ作成された幾つかの人体モデルパターンが格納されている。

データ統合部９は、上記生活環境再現部８で仮想空間内に構築された生活環境に人体モデル生成部１２で作成された人体モデルを配置して、一つのデータに統合する。

行動可能領域設定部３は、生活環境再現部８で仮想空間内に再現された生活環境における生活空間に被験者の行動できる範囲（行動可能領域）を任意に設定することができる。

行動可能領域は、表示部１４を見ながら、データ入力部１からその範囲を指定することによって設定する方法や、後述するように一定の行動可能領域を演算処理部４で演算して範囲を決定する方法等がある。

演算処理部４は、異なる演算処理方法毎に対応して、演算処理部Ａ、演算処理部Ｂ、演算処理部Ｃ、演算処理部Ｄといったように複数の演算処理部を有している。演算処理部４には、身体的能力ＤＢ５が接続されており、身体的能力ＤＢ５に記憶されている年齢毎の身体的能力の平均値を必要に応じて読み出して、演算処理部４で随時使用できるようになっている。

中央制御部１０は、中央制御部１０に接続されている周辺の装置をすべて制御し、演算処理等を行うものであり、記憶部１３は種々のデータを保存するために使用される。刺激量制御部１５は、報知手段１６が被験者２０に与える刺激の量を調節する。報知手段１６は、被験者２０の感覚に対する刺激を与える構成となっており、視覚、聴覚、嗅覚、触覚、皮膚感覚に対する刺激が考えられる。

次に、図２のフローチャートに基づいて、システムの動作を説明する。

図２の動作は、実際の生活用品（家具）を任意の場所に配置して実生活環境を構築した後、その生活環境を実際に被験者に行動してもらい、どのような行動に制限が起きるのかを体験してもらうものである。

まず、例えば図３のように適切な実生活場所に、テーブル、テレビ、収納庫等の生活用具（家具）を配置して実生活環境を再現する。

また、上述したように、被験者には位置センサ４０を取り付けておき、図３で示された３次元空間には、位置センサ４０の位置を検出する検出装置が設置されているものとする。

このように設定した実生活環境の空間的スケール（容積）である実生活空間スケールをデータ入力部１等から入力し（Ｓ１）、システム内部で生活空間を座標表示する（Ｓ２）。

実生活空間スケールは、生活体験を行う３次元空間内に、生活用具等が何もなければ、図４（ａ）のように直方体のような形で取り込まれるが、実際にはテレビやテーブル等があれば、その設置空間内には人間は移動することができないので、その設置空間部分は生活空間スケールに含まれず、また、生活場所（部屋等）の３次元形状が単純でなければ凹凸もあり得るので、実際には図４（ｂ）のような形状になることが考えられる。

次に、行動可能領域を設定する（Ｓ３）。図４のように実生活空間を座標表示して小さな立方体のセルに分割した後、これら分割されたセルを行動可能領域設定部３は行動できる領域（セル）と、行動できない領域（セル）とに分けて行く。この行動可能領域設定の結果例を示したのが図５であり、破線の部分が行動可能領域を意味する。

そして、被験者に自由に行動してもらうわけであるが、ひととおりの体験を終了して体験を中止したい場合や、体験途中で中断したい場合には、体験プログラムを終了させる必要があるので、擬似体験終了の指示があったか否か（Ｓ４）を中央制御部１０で監視している。

擬似体験終了の指示があった場合（YES）は、終了し、指示がない場合（NO）は被験者の行動の検出を行動検出部２が行う（Ｓ５）。

検出された被験者の行動が、Ｓ３で設定した行動可能領域を越えている場合（Ｓ６ YES）には、報知手段１６を起動（Ｓ７）して被験者の感覚に刺激を与えてＳ４のステップにもどる。

一方、被験者の行動が、行動可能領域を越えていない場合（Ｓ６ NO）には、Ｓ４のステップにもどる。

被験者に取り付けられた位置センサ４０からの位置データは動画（映像）のフレームに対応して取り込まれているため、被験者の動作が、行動可能領域に戻れば刺激はなくなるが、行動可能領域外にあれば刺激を与え続けることになる。

他の実施例を示すのが、図７である。

図７は、被験者が生活用具等が配置された生活場所内を実際に行動するのではなく、仮想空間内に生活環境を再現して、その中に被験者に近い仮想人体モデルを配置して、被験者の動きをその人体モデルに反映させて動かし、行動可能領域を越えた場合には、被験者の感覚に刺激を与えようというものである。

まず、様々な生活場所と、その生活場所で使用する生活用具をコンピュータグラフィックスあるいは実写により製作して、生活場所ＤＢ６、生活用具ＤＢ７に蓄積しておく。この処理により、生活場所ＤＢ６には、キッチンや浴室、トイレ、寝室等の生活場所の間取り等のレイアウトデータが、生活用具ＤＢ７には、キッチンで使用する流し台や、浴室で使用する浴槽、寝室で使用するベッド等、その他各部屋で日常使用される生活用具のデータ（位置やサイズ等）が保存される。

また、人体モデルＤＢ１１には、図９に示すような体格の異なる人体モデルパターンがかなりの数蓄積されている。

被験者には位置センサ４０を取り付けておき、被験者がいる３次元空間には、位置センサ４０の位置を検出する検出装置が設置されているものとする。

被験者の移動速度等を検出するために、被験者の足踏みを検知する装置を用いて足踏みを行うと歩いたとみなし、足踏みのテンポから移動速度を算出し、あらかじめ測定された被験者の歩幅と足踏みの回数から移動量を算出する方法や、撮影された被験者の動作から足踏み動作を取り出し、足踏みのテンポから移動速度を算出し、あらかじめ測定された被験者の歩幅と足踏みの回数から移動量を算出する方法や、コンベアの上を被験者に歩いてもらい、コンベアの回転軸の回転速度から移動速度を、回転量から移動量を検出する方法等が用いられる。

最初に、被験者は、例えば表示部１４に表示されたメニューから、体験したい生活場所、使用する生活用具をデータ入力部１で選択する等して、生活環境の設定を行う（Ｓ２０）。

生活環境の設定にしたがって、生活場所ＤＢ６、生活用具ＤＢ７から対応するデータが生活環境再現部８に読み込まれる（Ｓ２１）。

被験者は、自己の身体的特徴（身長、体重、腕の長さ、胸囲、胴囲等）のデータをデータ入力部１から入力し（Ｓ２２）、そのデータを基に人体モデル生成部１２は、被験者の体格を再現した人体モデルを作成する（Ｓ２３）。

また、人体モデルＤＢ１１に記憶されている人体モデルのパターンを読み出して、その中から被験者の体格に最も近い人体モデルを選択することにより、人体モデルを作成することもできる（Ｓ２３）。

上記のように、生活場所ＤＢ６、生活用具ＤＢ７から読み込まれたデータから構築された生活環境と作成された人体モデルにより、図１０のように仮想空間内に構築された生活環境に仮想人体モデルを配置することができる（Ｓ２４）。

構築された生活環境の生活空間を図４のように座標表示する（Ｓ２５）。次に図５のように行動可能領域を設定する（Ｓ２６）。

被験者にその場で表示部１４に映し出された生活環境をみながら、その場で手足を動かして、仮想空間内を行動してもらうわけであるが、ひととおりの体験を終了して体験を中止したい場合や、体験途中で中断したい場合には、体験プログラムを終了させる必要があるので、擬似体験終了の指示があったか否か（Ｓ２７）を中央制御部１０で監視している。

被験者等に生活環境や人体モデル等の再現データを提示する表示部１４は、コンピュータシステムに接続されている通常のディスプレイだけではなく、頭部搭載型ディスプレイや大型スクリーンを用いても良い。

擬似体験終了の指示があった場合（YES）は、終了し、指示がない場合（NO）は被験者の行動の検出を行動検出部２が行う（Ｓ２８）。この行動検出部２で検出された被験者の動きは、中央制御部１０へ伝達されて表示部１４に映し出されている仮想人体モデルに反映される（Ｓ２９）。

検出された被験者の行動が、Ｓ２６で設定した行動可能領域を越えている場合（Ｓ３０ YES）には、報知手段１６を起動（Ｓ３１）して被験者の感覚に刺激を与えてＳ２７のステップにもどる。

一方、被験者の行動が、行動可能領域を越えていない場合（Ｓ３０ NO）には、Ｓ２７のステップにもどる。

被験者に取り付けられた位置センサ４０からの位置データは動画（映像）のフレームに対応して取り込まれているため、被験者の動作が、行動可能領域に戻れば刺激はなくなるが、行動可能領域外にあれば刺激を与え続けることになる。

次に、行動可能領域設定の手法について説明する。

上述したように、行動可能領域設定部３は、生活環境再現部８で仮想空間内に再現された生活環境における生活空間に被験者の行動できる範囲（行動可能領域）を任意に設定するものであり、データ入力部１からオペレータが行動可能領域を逐次入力することにより、図５のように設定するようにしても良いが（例えば、演算処理部Ａで行わせる）、以下のように設定することもできる。

生活場所ＤＢ６と生活用具ＤＢ７には、上述したように、様々な生活場所と、その生活場所で使用する生活用具をコンピュータグラフィックスあるいは実写により製作されたデータが保存されているが、そのときに、生活場所のスケール（容積）と生活用具のスケール（容積）も同時に測定し、生活場所毎、生活用具毎に記憶させておく。

また、仮想空間内で体験する場合ではなく、実際に構築された生活環境で被験者が体験する場合は、その生活場所のスケールと生活用具のスケール、位置を記憶部１３等に記憶させておく。

被験者が仮想空間内で体験を行う場合には、生活場所ＤＢ６、生活用具ＤＢ７から各々データを選択して生活環境を構築したときに、生活場所内での生活用具の配置位置がきまるので、選択された生活場所のスケールから選択された生活用具のスケールを引き算すれば、必然と被験者の行動可能な領域が決定される。これは、被験者は生活用具を突き抜けて行動することができないからである。同様に実際に構築された生活環境で被験者が体験する場合も、生活場所のスケールから生活用具のスケールを引き算して被験者の行動可能な領域を決定する。

また、上記のように決定された行動可能領域をベースにして、行動可能な境界線を他の条件に対応させてデータ入力部１からの操作により修正することで、より実態に即した行動可能領域を設定することができる。

実際には、生活用具の大きさに合わせて行動可能範囲を設定すると、ドアを開けたり、椅子に座る等の行動に対しても報知手段が作動するので、物に触れることができるように行動可能範囲を生活用具のスケールの少し内側に設定するなどの修正を行う。例えば、このような処理を演算処理部４の演算処理部Ｂで行わせるようにする。

次に、行動可能領域を設定する他の手法として被験者の体験したい年齢における身体的能力データを用いる方法がある。

データとして、各年齢での身体的能力をデータベースに蓄積したものを使用する。

身体的能力（生活能力）のデータベースは、多数の被験者を募って測定を行い、その平均値を用いることができる。また、インターネット上で提供されているデータ、例えば「社会法人 人間生活工学研究センターのデータベース」等を利用することもできる。

各年齢での身体的能力のデータは、身体的能力ＤＢ（データベース）５に保存されており、その身体的能力データの一例を図８に示す。

図８の年齢の項目は、年代を示しており、１０代から８０代までのデータが記録されている。年齢の下には、各年齢別に平均身長が記録されており、H10〜H80までのデータが記載されている。行動の項目Ａ〜Ｇは生活環境における人間の行動の種類を抽出したものである。

例えば、Ａ〜Ｄは入浴に関する行動の種類であって、Ａは浴槽に入る動作について足の上がる位置を、Ｂはシャワーを持つ動作について肩から手が上がる位置を、Ｃは浴槽を洗う動作について腰を曲げ、頭の下がる位置を、Ｄは浴槽壁を洗う動作について足の位置を固定して手が届く領域を示している。

Ｅ〜Ｇは調理に関する行動の種類であって、Ｅは調理台での作業について体の向きを固定し、手が届く領域を、Ｆは棚のものを取る動際について肩から手が上がる位置を、Ｇは周囲のものを取る動作について鉛直方向を軸に腰が曲がる位置を示している。

そして、Ａ〜Ｇまでの行動の種類に対して、各年齢毎の身体的能力の平均値を表しているのがA10〜G80までであり、これらの数値に基づいて行動可能領域を設定することができる。なお、図８には、行動の種類としては入浴と調理に関するものを示したが、他の行動の種類についても同様に記録することができる。

被験者の身長と体験したい年齢とをデータ入力部１から入力する。

被験者の身長が例えばＸで、体験したい年齢が７０代であったとすると、Ｘ／H70の比を算出する。身長が腕や足等の部位の長さに反映していると考えれば、上記Ｘ／H70の数値を７０代の各行動に対するA70〜G70までの数値に掛け合わせれば、被験者の体格に沿って補正された数値が算出されるので、この数値により行動可能領域を設定することができる。

なお、身体的能力のデータベースは、平均値ではなく、特定のユーザのデータを用いるようにしても良い。このようにすれば、住宅のリフォームや商品の設計において、設計者がユーザの生活能力を体験することにより、ユーザの要望に沿った設計を行うことができる。以上のような処理を例えば演算処理部Ｃで行なわせるようにする。

次の例も、図８に示した行動の種類Ａ〜Ｇに関する身体的能力を用いるのであるが、補正の方法が異なる。

被験者の現在の身体的能力、本事例でいうと項目Ａ〜Ｇまでの身体的能力を測定してデータ入力部１から入力する。また、被験者の現在の年齢と体験したい年齢も入力する。

被験者の現在の年齢が３０代、体験したい年齢が６０代、Ａ〜Ｇまでの身体的能力の測定値が各々YA、YB、YC、YD、YE、YF、YGであったとすると、３０代の身体的能力の平均値が図８よりA30〜G30と読み取れるので、これらの数値の比、YA／A30、YB／B30、YC／C30、YD／D30、YE／E30、YF／F30、YG／G30を求め、これらの各比率を体験年齢６０代の身体的能力の各数値A60、B60、C60、D60、E60、F60に掛け合わせる。被験者の身体的能力を考慮した老化時の生活能力を算出することができ、この数値に基づいて行動可能領域を設定すれば被験者独自の老化時の生活体験が可能となる。これらの処理を例えば演算処理部Ｄで行うようにする。

次に、身体的障害が発生した人の生活行動を体験する場合に、行動可能領域を設定する手法を説明する。

身体的障害が発生したと仮定する体の部位については、その部分の動きが止まってしまうために、動作しているか静止しているかを検出するためには、位置センサ４０のみでは不十分であり、図１１に示すように体の関節の部分にポテンショメータ４１を有するセンサ機構を取り付ける。腕や脚を曲げると、ポテンショメータ４１の抵抗値が変化するので、回転角度を検出することができる。

そして、身体的障害が発生したと仮定する体の部位が動作していないこと、すなわち静止状態あるか、静止状態に近い許容範囲を含めた領域を行動可能領域として設定する。

この行動可能領域は、図５に示すような単なる空間的な領域ではなく、関節の可動範囲や前後の動きを比較したときの上下動の範囲等の物の移動における領域として設定される。

そして、障害が発生したと仮定する体の部位を監視し、動きが確認された場合には、報知手段１６によって被験者の感覚に刺激を与える。これらの処理を図示していないが、例えば演算処理部Ｅで行うようにする。

上述した幾つかの方法により行動可能領域が設定され、この行動可能領域を被験者が越えたときに、報知手段１６が被験者の感覚に刺激を与えるのであるが、報知手段１６には刺激量制御部１５が接続されており、この刺激量制御部１５は報知手段１６が与える刺激の量を被験者が行動可能領域を越えた大きさに応じて変化させる機能を有する。

そこで、刺激量制御部１５の機能を説明する。

中央制御部１０は、被験者が行動可能領域を越えた大きさを監視計測している。この越えた大きさが刺激量制御部１５に送られ、刺激量制御部１５はその大きさに対応した刺激量を決定し、報知手段１６に決定された刺激量を出力させるようにコントロールする。

刺激の開始は、被験者が行動可能領域を越えた瞬間から始まり、越える範囲が大きくなれば刺激の量が増加し、逆に行動可能領域の境界線に近づけば刺激量が減少する。

このように行動可能領域を越えた量に比例して刺激を与えることで、被験者の動作が行動可能領域から離れる方向か、近づく方向かということを知らせることができる。また、行動可能領域を越えた瞬間に強い刺激を与えるのではなく、越えた量に対応して刺激を強めることで、被験者に対する負荷や影響を軽減することができる。

次に、報知手段１６の刺激の種類には、視覚、聴覚、嗅覚、触覚、皮膚感覚に対する刺激が考えられるので、以下これらを説明する。

まず、報知手段２６が視覚に対する刺激を与える装置の例を示したのが、図１２である。視覚刺激装置５０の一例として頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）を被験者に装着させ、視界に色彩を付加する。例えば、行動可能領域を越えると視界を少し黄色くし（黄色いサングラスをかけているのと同様な感覚）、行動可能領域をさらに越えれば、視界の色彩を濃くしていく。逆に、行動可能領域に戻れば、色彩を淡くしていく。この色彩を黒に設定し、次第に視界を遮断していくようにした例が図１３である。

図１３（ａ）は行動可能領域の境界線上での視界で視界が悪くなる直前の状態を示しており、図１３（ｂ）は行動可能領域を越えた場合の視界で黒の色彩が少し濃くなった状態を示し、図１３（ｃ）は行動可能領域を大きく越えた場合の視界で、黒の色彩がかなり濃くなり、視界がかなり遮断されかけている状態を示している。

その他、ＨＭＤに映し出される視界に行動可能領域の境界線を常に表示し、行動可能領域を越えると行動可能領域の境界線を赤く表示し、行動可能領域を越えた量に対応して境界線の赤色の色彩を濃くしていくようにすることもできる。

また、手足などの体の部位に蛍光機器を取り付け、行動可能領域を蛍光機器が点滅し、行動可能領域を越えた量に比例して点滅の頻度や発光の明るさを増減させるようにしても良い。

図１４は、報知手段１６が聴覚に刺激を与える装置の例を示す。

聴覚刺激装置５１の一例としてヘッドホンを被験者に装着させる。行動可能領域を越えると音が出力され、行動可能領域を越えた量に比例して音量が増減する。また、「右足」、「左手」といった体の部位や「１ｃｍ」、「５ｃｍ」といった距離などの音声を用いることにより、被験者がどのように行動可能領域を越えているかを指示することができる。

また、聴覚刺激装置５１の他の例としては、被験者から離れた場所にスピーカーを設置する。音の出力の方法は、上記ヘッドホンの場合と同様、行動可能領域を越えると音が出力され、行動可能領域を越えた量に対応して音量が増減するとともに、体の部位や距離などの音声を用いる。

聴覚刺激装置５１の別の例として、手足等の体の部位に小型のスピーカーを取り付けることもできる。音の出力の方法は、上記ヘッドホンの場合と同様である。

以上のように聴覚に対して刺激を与える方法は、実際に運動を拘束したり、視界を悪くする等、被験者の行動を直接妨げないので、より安全に体験することができる。

図１５は、嗅覚に刺激を与える装置の例を示す。

嗅覚刺激装置５２は、被験者に取り付けられ被験者の嗅覚を刺激するために、例えば図１６のように構成されている。被験者の鼻の位置に、におい放出装置部５３とにおい吸引装置部５４とで構成された嗅覚刺激装置が装着されている。

行動領域を越えるとにおい放出装置部５３からにおいが放出される。被験者が行動可能領域を越えていく方向に動きが続くと、放出装置部５３からにおいが放出され続け、行動可能領域の境界線へ戻る方向に動けば、におい吸引装置部５４がにおいを吸引し続ける。

聴覚に対する刺激同様、被験者の動作を直接妨げないので、より安全に体験することができる。

図１７は、触覚に刺激を与える装置の例を示す。

触覚刺激装置５５の一例として被験者の手足等の体の部位に振動子を取り付ける。行動可能領域を越えると振動子が作動し、行動可能領域を越えた量に比例して振動量が増減する。手足等の動作する部位に刺激を与える手段は、直感的で認識しやすいという利点がある。

図１８は、皮膚感覚に刺激を与える装置の例を示す。

被験者から離れた位置に風を発生させる送風機５６を設置し、行動可能領域を越えると被験者に向けて風が放出され、行動可能領域を越えた量に比例して送風量が増減する。

他の例として、被験者の手足等の体の部位に電極を取り付けて、行動可能領域を越えると電極に電気が流れ、行動可能領域を越えた量に比例して電気の刺激量を増減させるようにしても良い。触覚同様、皮膚感覚に対する刺激は直感的で認識しやすい。

次に、図２に示すように実生活空間で体験した場合に、体験後に表示部１４で体験した映像を見ることができるようにする。コンピュータ上で再現された被験者の行動を客観的に観察することができ、住宅のリフォームや商品の設計に対する要望を設計者に伝えたり、逆に設計者が被験者の特徴を考慮した提案を行うことができる。

体験時は、被験者に取り付けられたセンサから被験者の手足等の動きの軌跡データが得られるので、そのデータを記録して記憶部１３に記憶させておく。

上記体験時の生活環境を仮想空間内に再現する。体験時の生活環境と同じデータが生活場所ＤＢ６と生活用具ＤＢ７に存在する場合は、そのデータを用いても良い。

仮想空間内に再現された生活環境内に被験者の体格に合わせた仮想人体モデルを構築する。被験者の体格の数値に基づいて作成しても良いし、人体モデルＤＢ１１に記憶されている人体モデルの中から被験者に一番近いものを選んでも良い。

この人体モデルを記憶部１３に保存されている被験者の手足等の動きの軌跡データに基づいて動作させることで、体験時の被験者の行動が再現されることになる。

図１９は、被験者が体験項目を自由に選択できる手段の一例を示す。

体験項目選択手段として項目選択パネルが例示されており、パネルにはスイッチを用いているが、タッチセンサ等であっても良い。この体験項目選択手段はデータ入力部１として用いることができるものである。

システムが提示可能な生活環境（キッチンや寝室等）や体験年齢（年齢による身体能力の変化）、身体的障害が体の部位（手や足等）、体験年齢に対応した人体モデル、報知手段の刺激対象（視覚や触覚等）等の情報をあらかじめデータベース化しておく。

これらのデータベース化については、すでに説明した生活場所ＤＢ６、生活用具ＤＢ７、身体的能力ＤＢ５、人体モデルＤＢ１１を利用しても良い。

例えば、生活環境の項目のキッチンというスイッチが押されると、仮想空間内で再現する場合には、キッチンの間取り等のレイアウトデータとともにそのキッチンに配置された生活用具データが上記データベースから読み出されて表示部１４に表示される。

一方、生活環境が実空間で再現される場合は、データベースのデータからキッチンの生活空間スケールが抽出されて座標表示される。

体験年齢の８０歳というスイッチを押すと、８０歳の平均的体格を基にしたキッチンにおける身体的能力（生活能力）データがデータベースより読み出されて行動可能領域が設定される。仮想空間で再現する場合には、８０歳の平均的体格を基にした人体モデルがデータベースから読み出される。

報知手段で聴覚のスイッチが押されると、刺激量制御部１５の機能が聴覚刺激装置５１をコントロールする機能に切り替る。

以上のように、被験者は選択項目を選ぶだけで簡単に体験を行うことができる。

本発明のシステム全体の概略構成図である。 実生活環境で擬似体験を行う場合のフローチャート図である。 構築された実生活環境の例を示す図である。 生活空間のスケールを座標表示した例を示す図である。 行動可能領域設定部による行動可能領域設定例を示す図である。 被験者に位置センサを取り付けた様子を示す図である。 仮想空間において擬似体験を行う場合のフローチャート図である。 身体的能力データベースのデータ例を示す図である。 人体モデルデータベースの人体モデルデータ例を示す図である。 仮想空間に人体モデルを配置した様子を示す図である。 関節の回転角度を検出するための検出装置を示す図である。 人体に取り付けられた視覚刺激装置を示す図である。 視覚刺激装置の作用で、次第に視界が遮断されていく様子を示す図である。 人体に取り付けられた聴覚刺激装置を示す図である。 人体に取り付けられた嗅覚刺激装置を示す図である。 視覚刺激装置の一例を示す図である。 人体に取り付けられた触覚刺激装置を示す図である。 皮膚感覚刺激装置の例を示す図である。 体験項目選択手段の構成例を示す図である。

符号の説明

１ データ入力部
２ 行動検出部
３ 行動可能領域設定部
４ 演算処理部
５ 身体的能力ＤＢ
６ 生活場所ＤＢ
７ 生活用具ＤＢ
８ 生活環境再現部
９ データ結合部
１０ 中央制御部
１１ 人体モデルＤＢ
１２ 人体モデル生成部
１３ 記憶部
１４ 表示部
１５ 刺激量制御部
１６ 報知手段
２０ 被験者

Claims (9)

1. 任意に設定された実生活空間のスケールを仮想空間内に再現する生活環境再現手段と、
   前記実生活空間内での被験者の動きを検出する行動検出手段と、
   前記実生活空間内で被験者の行動可能な領域を前記仮想空間内で任意に設定することができる行動可能領域設定手段と、
   前記行動可能領域設定手段で設定された行動可能領域を被験者が越えて行動したときに、被験者の感覚に刺激を与える報知手段とを備えたことを特徴とする擬似体験システム。
2. 任意の生活環境を仮想空間内に再現する生活環境再現手段と、
   被験者の身体的特徴に基づいて仮想人体モデルを生成する仮想人体モデル生成手段と、
   被験者の動きを検出する行動検出手段と、
   前記検出された被験者の動きを前記仮想人体モデルに反映させる制御手段と、
   被験者の行動可能な領域を前記仮想空間内で任意に設定することができる行動可能領域設定手段と、
   前記行動可能領域設定手段で設定された行動可能領域を前記仮想人体モデルが越えて行動したときに、被験者の感覚に刺激を与える報知手段とを備えたことを特徴とする擬似体験システム。
3. 前記行動可能領域設定手段は、前記生活環境再現手段によって再現された仮想空間内に配置された生活用具のスケールに基づいて行動可能領域を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の擬似体験システム。
4. 年齢毎に人間の身体的能力の平均値が蓄積された記憶手段を備え、
   前記行動可能領域設定手段は、被験者の身長、被験者が体験したい体験年齢での平均身長、前記記憶手段から読み出された体験年齢に対応する身体的能力データに基づいて体験年齢での身体的能力を算出し、算出された身体的能力データから行動可能領域を設定することを特徴とする請求項１〜請求項３記載の擬似体験システム。
5. 年齢毎に人間の身体的能力の平均値が蓄積された記憶手段を備え、
   前記行動可能領域設定手段は、前記記憶手段から読み出された被験者の年齢に対応する身体的能力データ、被験者が現在有する身体的能力データ、被験者が体験したい体験年齢に対応して前記記憶手段から読み出された身体的能力データに基づいて体験年齢での身体的能力を算出し、算出された身体的能力データから行動可能領域を設定することを特徴とする請求項１〜請求項３記載の擬似体験システム。
6. 前記行動可能領域設定手段は、前記仮想人体モデルにおいて体の特定部位に障害が発生したと仮定して当該部位が静止状態となる範囲を行動可能領域に設定することを特徴とする請求項１〜請求項５記載の擬似体験システム。
7. 被験者の行動が前記行動可能領域設定手段で設定された行動可能領域を越えた範囲に比例させて前記報知手段から感覚への刺激量を変化させる刺激量制御手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項６記載の擬似体験システム。
8. 前記報知手段の感覚への刺激は、視覚、聴覚、嗅覚、触覚及び皮膚感覚の少なくとも一つに対する刺激であることを特徴とする請求項１〜請求項７記載の擬似体験システム。
9. 前記生活環境、体験年齢、障害が発生した体の部位、報知手段の刺激の種類を被験者が任意に選択できる体験項目選択手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項８記載の擬似体験システム。